C++之智能指針初步及棄用auto_ptr的原因分析

更新時間：2023年03月23日 14:54:28 作者：Dutkig

這篇文章主要介紹了C++之智能指針初步及棄用auto_ptr的原因分析，具有很好的參考價值，希望對大家有所幫助。如有錯誤或未考慮完全的地方，望不吝賜教

RAII

使用局部對象來管理資源的技術(shù)

RAII的原理

RAII的四個步驟

裸指針存在的問題

delete后的指針變量就變成了一個失效指針（也叫作懸空指針）。

對于下面的代碼：

void Destroy(Object *op)
{
	delete op;
	delete[] op;
}

Object *op = new Object(10);
Object *arop = new Object[10];

Destroy(op);
Destroy(arop);

因此：

智能指針

智能指針的引入

智能指針是比原始指針更加智能的類，解決懸空指針多次刪除被指向?qū)ο螅约百Y源泄漏問題，通常用來確保指針的壽命和其指向?qū)ο蟮膲勖恢隆?/p>

智能指針雖然很智能，很容易被誤用，智能也是有代價的。

四種智能指針

auto_ptr
unqiue_ptr（唯一性智能指針）
shared_ptr（共享性智能指針）
weak_ptr（管理弱引用）

其中后三個是C11支持，并且第一個已經(jīng)被C11棄用。

C98中的auto_ptr所做的事情，就是動態(tài)分配對象以及當對象不再需要時自動執(zhí)行清理。

下面我們首先來了解一下為什么要將auto_ptr移除的原因：

因為該類型的智能指針意義不明確，使用淺拷貝方式時，兩個對象擁有同一塊資源：我們模仿源碼的邏輯

了解一下：比如下面的代碼：

class Object
{
    int value;
public:
    Object(int x = 0):value(x){cout<<"Create Object:"<<this<<endl;}
    ~Object(){cout<<"Destroy Object:"<<this<<endl;}

    int  & Value(){return value;}
    const int& Value() const{return value;}
};

template<class _Ty>
class my_auto_ptr
{
private:
    bool _Owns;//所有權(quán)
    _Ty* _Ptr;
public:
    my_auto_ptr(_Ty* p = NULL):_Owns(p != NULL),_Ptr(p){}
    ~my_auto_ptr()
    {
        if(_Owns)
        {
            delete _Ptr;
        }
        _Owns = false;
        _Ptr = NULL;
    }
    _Ty* get() const 
    {
        return _Ptr;
    }
    _Ty* operator->()const
    {
        return get();
    }
    _Ty & operator*()
    {
        return *get();
    }
    void reset(_Ty* p = NULL) 
    {
       if(_Owns)
       {
           delete _Ptr;
       }
       _Ptr = p;
    }
    _Ty * release()const//編譯要通過，要么異變，要么強轉(zhuǎn)成普通指針
    {
        _Ty* tmp = NULL;
        if(_Owns)
        {
            ((my_auto_ptr*)this)->_Owns = false;
            tmp = _Ptr;
            ((my_auto_ptr*)this)->_Ptr = NULL;
        }
        return tmp;
    }
    my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns)
    {
        if(_Owns)
        {
            _Ptr = op._Ptr;
        }
    }
};

void fun()
{
    my_auto_ptr<Object> pobj(new Object(10));//pobj是my_auto_ptr類型
    cout<<pobj->Value()<<endl;
    cout<<(*pobj).Value()<<endl;//(*pobj)是Object的堆區(qū)對象。*(pobj._Ptr).Value()
}
int main()
{
    my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
    my_auto_ptr<Object> pobjb(pobja);
}

相關(guān)函數(shù)解釋：

此時程序必然會導致程序崩潰引發(fā)異常，主函數(shù)結(jié)束時對同一部分資源釋放了兩次，堆內(nèi)存被釋放兩次

那么我們可能會考慮，將資源轉(zhuǎn)移，即修改拷貝構(gòu)造如下：利用是釋放函數(shù)

my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns),_Ptr(op.release())
    {}

看似好像解決了上面的問題，實則存在隱患

繼續(xù)來看：下面的代碼存在什么問題呢？

void fun(my_auto_ptr<Object> apx)
{
    int x = apx->Value();
    cout<<x<<endl;
}

int main()
{
    my_auto_ptr<Object> pobja(new Object(10));
    
    fun(pobja);

    int a = pobja->Value();
    cout<<a<<endl;
}

上述代碼的執(zhí)行邏輯如下：

pobja有兩個域擁有權(quán)域和指針域，拿pobja初始化形參apx時，會調(diào)動拷貝構(gòu)造函數(shù)
apx將自己的擁有權(quán)域設(shè)為1，調(diào)動release函數(shù)，銷毀了pobja對象的資源后，返回堆區(qū)對象的地址，apx接收后將自身的指針域指向原先pobja所指向的堆區(qū)對象
fun函數(shù)結(jié)束，apx局部對象就會被析構(gòu)，此時再打印a，對象其實已經(jīng)不存在了并且自身早已失去了pobja的擁有權(quán)。

綜上，此時智能指針的拷貝構(gòu)造函數(shù)的兩種寫法：

 my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns)
    {
        if(_Owns)
        {
            _Ptr = op._Ptr;
        }
    }
   
 my_auto_ptr(const my_auto_ptr & op):_Owns(op._Owns),_Ptr(op.release())
    {}

第一種存在的問題：Object的資源會被兩個釋放兩次
第二種存在的問題：解決了第一種問題，但是不能解決類似于實參對象初始化形參時，實參之前自身的資源丟失的問題，找不著了,因為這種情況太過于隱蔽，容易出錯，所以auto_ptr作為函數(shù)參數(shù)傳遞時一定要避免的?；蛟S你想到加上引用解決上面的問題，但是仔細思考后發(fā)現(xiàn)，我們并不知道函數(shù)對傳入的傳入的auto_ptr做了什么，如果當中的某些操作使其失去了對對象的所有權(quán)，那么這還可能會導致致命的執(zhí)行期錯誤。獲取再加上const 才是個不錯的選擇。

因此，C11標準之前的auto_ptr這個智能指針不被廣泛使用的原因就是：在某些應用場景下，拷貝構(gòu)造函數(shù)的意義不明確，同理賦值語句也是這個道理，意義同樣不明確，因為C11標準之前并不存在移動賦值和移動構(gòu)造的概念，還有就是之前談到的一個對象和一組對象的問題，對于自定義類型而言，auto_ptr的析構(gòu)函數(shù)僅能夠析構(gòu)一個對象，不能夠處理一組對象的情況，這些都是尚未解決的問題。

于是在C11中棄用，C17標準中直接移除。

歷史淵源：

在STL庫之前，有一個功能更加強大的boost庫，STL為了與其抗衡，應急制造了STL，但制作的不夠完善，由此因為STL未解決auto_ptr的問題，因此STl內(nèi)的容器vector和list都不想和auto_ptr建立聯(lián)系。